DE10258099B4 - Infrared emitter with a heating conductor made of carbon tape - Google Patents

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Abstract

Infrarot-Strahler mit einem strahlungsdurchlässigen, gasdichten Hüllrohr aus elektrisch isolierendem Werkstoff, in welchem ein Heizleiter aus Carbonband angeordnet ist, welcher zwei Enden aufweist, die jeweils mit Hülsen elektrisch und mechanisch verbunden sind, wobei die Hülsen aus Molybdän und/oder Wolfram und/oder Tantal gebildet sind und jeweils über Stromdurchführungen mit aus dem Hüllrohr ragenden, elektrischen Anschlüssen verbunden sind, und wobei die beiden Enden des Heizleiters (3) jeweils durch ein Metall-Lot (6), welches mindestens eines der Metalle Titan, Zirkonium oder Hafnium enthält, mit einer der Hülsen (4a, 4b) verbunden sind, und der Heizleiter (3) an seinen beiden Enden jeweils mit einer Beschichtung (5a, 5b) versehen ist, die Platin und/oder Ruthenium und/oder Rhodium und/oder Palladium und/oder Osmium und/oder Iridium aufweist und die Hülsen (4a, 4b) zumindest auf ihren dem Metall-Lot (6) zugewandten Oberflächen eine erste Kontaktschicht (11) aufweisen, wobei die erste Kontaktschicht (11) mindestens ein Metall der Gruppe Vanadium, Niob oder Tantal aufweist.Infrared heaters with a radiolucent, gas-tight cladding tube made of electrically insulating material, in which a heating conductor is arranged from carbon tape having two ends, the each with sleeves electrically and mechanically connected, the sleeves of molybdenum and / or tungsten and / or tantalum are formed and each have current feedthroughs with out of the cladding tube projecting, electrical connections are connected, and wherein the two ends of the heating conductor (3) respectively by a metal solder (6), which is at least one of the metals titanium, Contains zirconium or hafnium, with one of the sleeves (4a, 4b) are connected, and the heating conductor (3) at its two Each end is provided with a coating (5a, 5b), the Platinum and / or ruthenium and / or rhodium and / or palladium and / or Osmium and / or iridium and the sleeves (4a, 4b) at least on their surfaces facing the metal solder (6) a first contact layer (11), wherein the first contact layer (11) at least one metal the group vanadium, niobium or tantalum.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Strahler mit einem strahlungsdurchlässigen, gasdichten Hüllrohr aus elektrisch isolierendem Werkstoff, in welchem ein Heizleiter aus Carbonband angeordnet ist, welcher zwei Enden aufweist, die jeweils mit Hülsen elektrisch und mechanisch verbunden sind, die aus Molybdän und/oder Wolfram und/oder Tantal gebildet sind, wobei die Hülsen jeweils über Stromdurchführungen mit aus dem Hüllrohr ragenden elektrischen Anschlüssen verbunden sind.The The invention relates to an infrared radiator with a radiation-transmissive, gas-tight cladding tube made of electrically insulating material, in which a heating conductor is arranged from carbon tape having two ends, the each with sleeves electrically and mechanically connected, made of molybdenum and / or tungsten and / or Tantalum are formed, wherein the sleeves each have current feedthroughs with out of the cladding tube projecting electrical connections are connected.

Derartige Infrarot-Strahler sind aus der DE 100 29 437 A1 bekannt. Insbesondere zeigen die dort abgebildeten 14 und 15 die Kontaktierung zwischen einem Carbonband und einer Hülse aus Molybdän, wobei das Carbonband eine Wendelform aufweist und die Hülse diese Carbonwendel innen und außen umgibt. Zwischen der Hülse und der Carbonwendel ist dabei Graphitpapier angeordnet. Dabei kann zwischen dem Graphitpapier und dem Carbonband eine Edelmetallpaste oder ein auf den Enden des Carbonbandes aufgebrachter metallischer Überzug, beispielsweise aus Nickel oder einem Edelmetall, angeordnet sein. Der metallische Überzug auf den Enden des Carbonbandes verhindert eine Degeneration des Kohlenstoff-Materials am Übergang zwischen Carbonband und Graphit. Bei dieser Art der Kontaktierung kommt es jedoch bei hohen Temperaturen im Betrieb des Carbonbandes zu einer Diffusion von Kohlenstoff aus dem Graphitpapier in das Molybdän der Hülse. Dies führt zur Bildung von Molybdänkarbid und damit bei Betriebstemperaturen des Carbonbandes wesentlich oberhalb 1300°C zu einer Versprödung oder einem Aufbrechen der Hülse, nachdem Molybdänkarbid einen höheren elektrischen Widerstand, eine anderes spezifisches Volumen sowie eine deutlich geringere Festigkeit im Hinblick auf Molybdän aufweist. Bereits nach einigen Stunden bis Wochen zerfällt – je nach Höhe der Carbonband-Temperatur – der gesamte Kontakt.Such infrared emitters are from the DE 100 29 437 A1 known. In particular, those shown there show 14 and 15 the contact between a carbon band and a sleeve made of molybdenum, wherein the carbon band has a helical shape and the sleeve surrounds this carbon coil inside and outside. In this case, graphite paper is arranged between the sleeve and the carbon spiral. In this case, a noble metal paste or a metallic coating applied to the ends of the carbon ribbon, for example nickel or a noble metal, can be arranged between the graphite paper and the carbon ribbon. The metallic coating on the ends of the carbon band prevents degeneration of the carbon material at the transition between carbon ribbon and graphite. In this type of contacting, however, at high temperatures during operation of the carbon ribbon, diffusion of carbon from the graphite paper into the molybdenum of the sleeve occurs. This leads to the formation of molybdenum carbide and thus at operating temperatures of the carbon ribbon substantially above 1300 ° C to embrittlement or breaking of the sleeve, after molybdenum carbide has a higher electrical resistance, a different specific volume and a significantly lower strength with respect to molybdenum. After just a few hours to weeks, the entire contact breaks down - depending on the height of the carbon ribbon temperature.

Die EP 0 881 858 A2 offenbart einen Infrarotstrahler mit einem Heizleiter aus Carbonfasern. Die Enden des Heizleiters sind mittels metallischer Anschlüsse elektrisch kontaktiert, wobei unter anderem Kontaktstreifen aus Molybdän in direktem Kontakt zum Heizleiter verwendet werden. Der Heizleiter kann an seinen Enden eine metallische Beschichtung, beispielsweise aus Gold, aufweisen. Zwischen den Kontaktstreifen und dem Heizleiter kann weiterhin Graphitpapier angeordnet sein, das in direktem Kontakt zum Kontaktstreifen steht und somit wiederum zu einer Diffusion von Kohlenstoff aus dem Graphitpapier in das Molybdän und damit zur Bildung von Molybdänkarbid mit den bereits oben beschriebenen Problemen führt. Bei den dargestellten Verbindungen zwischen Kontaktstreifen und Heizleiter ist ersichtlich, dass jeweils lediglich eine punkt- beziehungsweise streifenförmige Anpressung des Kontaktstreifens an den Heizleiter erfolgt. Im Betrieb des Infrarotstrahlers entsteht in diesen Bereichen ein sehr hoher Stromfluss, der dort Temperaturen oberhalb 1100°C erzeugt und die Diffusion des Kohlenstoffs in das Molybdän beschleunigt. Die Verarmung des Heizleiters an Kohlenstoff führt zu einer punktuellen Widerstandserhöhung und einer weiteren Temperaturerhöhung, die den Abbrand des Heizleiters zur Folge hat.The EP 0 881 858 A2 discloses an infrared radiator with a carbon fiber heating conductor. The ends of the heating element are electrically contacted by means of metallic connections, wherein inter alia contact strips of molybdenum are used in direct contact with the heating conductor. The heating conductor may have at its ends a metallic coating, for example of gold. Between the contact strip and the heating conductor, graphite paper can furthermore be arranged which is in direct contact with the contact strip and thus in turn leads to a diffusion of carbon from the graphite paper into the molybdenum and thus to the formation of molybdenum carbide with the problems already described above. In the illustrated connections between contact strip and heating conductor can be seen that in each case only a point or strip-shaped contact pressure of the contact strip is made to the heating element. During operation of the infrared radiator, a very high current flow arises in these areas, where it generates temperatures above 1100 ° C. and accelerates the diffusion of the carbon into the molybdenum. The depletion of the heat conductor to carbon leads to a punctual increase in resistance and a further increase in temperature, which has the burning of the heating element result.

Die DE 199 17 270 C2 offenbart einen Infrarotstrahler mit einem langgestreckten Carbonband, welches beidseitig über Kontaktplättchen kontaktiert ist.The DE 199 17 270 C2 discloses an infrared radiator with an elongated carbon band, which is contacted on both sides via contact pads.

Die EP 0 464 916 B1 offenbart einen hochtemperaturbeständigen Verbundkörper, bestehend aus mindestens einem Teil aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung und mindestens einem Teil aus Graphit, die durch ein Zirkonlot miteinander verbunden sind. Zwischen dem Teil aus Molybdän oder der Molybdänlegierung und dem Zirkonlot ist eine zweilagige Zwischenschicht angeordnet, die aus einer Lage Vanadium und einer Lage aus einem der Elemente Wolfram, Tantal oder Niob gebildet ist.The EP 0 464 916 B1 discloses a high temperature resistant composite comprising at least a portion of molybdenum or a molybdenum alloy and at least a portion of graphite bonded together by a zirconium solder. Between the part of molybdenum or the molybdenum alloy and the zirconium solder a two-layer intermediate layer is arranged, which is formed of a layer of vanadium and a layer of one of the elements tungsten, tantalum or niobium.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Infrarot-Strahler bereitzustellen, welcher bei Temperaturen des Carbonbandes von wesentlich oberhalb 1400°C eine langzeitbeständige Kontaktierung des Carbonbandes mit hervorragender elektrischer Leitfähigkeit und mechanischer Festigkeit gewährleistet.It The object of the invention is to provide an infrared radiator, which at temperatures of the carbon ribbon of much above 1400 ° C a long-term contact Carbon band with excellent electrical conductivity and mechanical strength ensured.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die beiden Enden des Heizleiters jeweils durch ein Metall-Lot, welches mindestens eines der Metalle Titan, Zirkonium oder Hafnium enthält, mit einer der Hülsen verbunden sind und der Heizleiter an seinen beiden Enden jeweils mit einer Be schichtung versehen ist, die Platin und/oder Ruthenium und/oder Rhodium und/oder Palladium und/oder Osmium und/oder Iridium aufweist und die Hülsen zumindest auf ihren dem Metall-Lot zugewandten Oberflächen eine erste Kontaktschicht aufweisen, wobei die erste Kontaktschicht mindestens ein Metall der Gruppe Vanadium, Niob oder Tantal aufweist.The Task is solved by that the two ends of the heating element are each protected by a metal solder, which at least one of the metals titanium, zirconium or hafnium contains connected to one of the sleeves are and the heating conductor at its two ends in each case with a Be coating provided, the platinum and / or ruthenium and / or Rhodium and / or palladium and / or osmium and / or iridium and the pods at least on their metal solder facing surfaces one first contact layer, wherein the first contact layer at least a metal of the group vanadium, niobium or tantalum.

Die Lötverbindung zwischen der Hülse und dem Carbonband bildet eine mechanische feste und elektrisch sehr gut leitende Verbindung, die hohen Temperaturen des Carbonbandes im Betrieb über lange Zeit standhält.The solder between the sleeve and the carbon band forms a mechanical solid and electric very good conductive connection, the high temperatures of the carbon band in operation for a long time Time withstands.

Unter einem Carbonband wird dabei ein Heizleiter verstanden, der folgendermaßen gebildet wird: Eine bandförmige Grundstruktur aus Kohlenstoff-Fasern wird mit einem Harz getränkt und einer Temperaturbehandlung unterzogen, die zu einer Umwandlung der Fasern und des Harzes in reinen Kohlenstoff führt. Die so behandelte Grundstruktur wird einer weiteren Temperaturbehandlung unterzogen, die bei Temperaturen erfolgt, die oberhalb der Betriebstemperatur des Carbonbandes im Infrarot-Strahler liegen. Dabei wird die Kristallstruktur der vorbehandelten Grundstruktur zu einem Carbonband mit graphit-ähnlicher Kristallstruktur umgewandelt, die allerdings im Gegensatz zu makroskopisch meist ungeordnet vorliegendem Graphit eine geordnete Faserstruktur mit entlang der Faser durchgehenden kovalenten Bindungen aufweist. Damit geht eine im Vergleich zu Graphit deutlich höhere Zugfestigkeit einher, die sich im Einsatz für langgestreckte Heizelemente in Infrarot-Strahlern als essentiell erweist. Auch der Ausdehnungskoeffizient des so gebildeten Carbonbandes ist geringer als der von Graphit parallel zur Schichtung und ist somit vorteilhaft für Heizleiter von Infrarot-Strahlern. Im Gegensatz zu der bisher bekannten Kontaktierungslösung mittels Hülsen ist bei dem erfindungsgemäßen Infrarot-Strahler kein direkter Kontakt zwischen Hülsenmaterial und Carbonband vorhanden, so dass eine Versprödung der Hülsen durch Kohlenstoffeinlagerungen unterbunden wird.Under a carbon ribbon is understood to mean a heating element, which is formed as follows: A band-shaped basic structure of carbon Fabric fibers are impregnated with a resin and subjected to a temperature treatment, which leads to a conversion of the fibers and the resin into pure carbon. The basic structure thus treated is subjected to a further temperature treatment, which takes place at temperatures which are above the operating temperature of the carbon band in the infrared emitter. In this case, the crystal structure of the pretreated basic structure is converted into a carbon band with graphite-like crystal structure, which, however, in contrast to macroscopically mostly disordered graphite has an ordered fiber structure with continuous covalent bonds along the fiber. This is accompanied by a significantly higher tensile strength compared to graphite, which proves to be essential in use for elongated heating elements in infrared radiators. The expansion coefficient of the carbon ribbon thus formed is less than that of graphite parallel to the lamination and is thus advantageous for heating conductors of infrared radiators. In contrast to the previously known contacting solution by means of sleeves in the infrared emitter according to the invention no direct contact between the sleeve material and carbon tape is present, so that embrittlement of the sleeves is prevented by carbon deposits.

Da das Carbonband und das Hüllrohr unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen und sich damit über den breiten Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und Betriebstemperatur deutlich unterschiedlich ausdehnen, wird das Carbonband üblicherweise über Federelemente vorgespannt und im Betrieb des Strahlers unter Spannung gehalten. Insbesondere bei großen Baulängen des Infrarotstrahlers entstehen dabei beträchtliche Zugkräfte, welchen die Kontaktbereiche mechanisch standhalten müssen. Dies ist bei der hier verwendeten Verlötung zwischen Carbonband und Hülse in idealer Weise der Fall.There the carbon band and the cladding tube have different thermal expansion coefficients and over it the wide temperature range between room temperature and operating temperature expand significantly different, the carbon band is usually biased by spring elements and kept in tension during operation of the radiator. Especially at big lengths The infrared radiator thereby generate considerable tensile forces, which the contact areas must withstand mechanical. This is the one used here soldering between carbon band and sleeve ideally the case.

Um bei Betriebstemperaturen der Lotverbindung oberhalb der Löslichkeitsgrenze von Kohlenstoff im Metall-Lot zu verhindern, dass Kohlenstoff in das Metall-Lot oder die Hülse wandert, hat es sich bewährt, wenn der Heizleiter an seinen beiden Enden jeweils mit einer Beschichtung versehen ist, die Platin und/oder Ruthenium und/oder Rhodium und/oder Palladium und/oder Osmium und/oder Iridium aufweist.Around at operating temperatures of the solder joint above the solubility limit of carbon in the metal solder to prevent carbon in the Metal solder or the sleeve hiking, it has proven if the heating conductor at its two ends in each case with a coating is provided, the platinum and / or ruthenium and / or rhodium and / or palladium and / or osmium and / or iridium.

Insbesondere hat sich dabei bewährt, wenn die Beschichtung aus Platin, Palladium, Rhodium oder einer Legierung aus mindestens zwei dieser Metalle gebildet ist.Especially has proven itself if the coating of platinum, palladium, rhodium or a Alloy is formed from at least two of these metals.

Maßgeblich für die Auswahl des Edelmetalls ist, dass die Löslichkeitsgrenze von Kohlenstoff im Edelmetall oberhalb der Betriebstemperatur der Lotverbindung liegt. So lässt sich mit Palladium eine Betriebstemperatur der Lotverbindung von 1300°C und mit Platin eine Betriebstemperatur der Lotverbindung von 1500°C erreichen, ohne dass es zu einem Transport von Kohlenstoff durch die Beschichtung aus Edelmetall kommt.decisive for the Selection of the precious metal is that the solubility limit of carbon in the noble metal above the operating temperature of the solder joint lies. So lets with palladium an operating temperature of the solder joint of 1300 ° C and with Platinum reach an operating temperature of the solder joint of 1500 ° C, without causing any transport of carbon through the coating made of precious metal.

Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die Hülsen zumindest auf ihren dem Metall-Lot zugewandten Oberflächen eine erste Kontaktschicht aufweisen, wobei die erste Kontaktschicht mindestens ein Metall der Gruppe Vanadium, Niob oder Tantal aufweist. Besonders bevorzugt ist es dabei, die erste Kontaktschicht aus Tantal zu bilden. Dabei kann die erste Kontaktschicht sowohl aus einem aufplattierten Tantalblech gebildet werden als auch durch das Aufbringen von einer Metallpaste. Auch gängige PVD- (physical vapour deposition) oder CVD- (chemical vapour deposition) Verfahren wie z.B. Sputtern oder Aufdampfen sind zur Bildung der ersten Kontaktschicht gut geeignet.Farther has it proven when the pods at least on their metal solder facing surfaces one first contact layer, wherein the first contact layer at least a metal of the group vanadium, niobium or tantalum. Especially it is preferred to form the first contact layer of tantalum. In this case, the first contact layer both from a plated tantalum sheet be formed as well by the application of a metal paste. Also common PVD (physical vapor deposition) or CVD (chemical vapor deposition) Methods such as Sputtering or vapor deposition are used to form the first contact layer well suited.

Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die Hülsen eine auf die erste Kontaktschicht aufgebrachte zweite Kontaktschicht aufweisen, wobei die chemische Zusammensetzung der ersten Kontaktschicht unterschiedlich ist zu der der zweiten Kontaktschicht. Für die zweite Kontaktschicht hat es sich dabei bewährt, wenn diese mindestens ein Metall aus der Gruppe Vanadium, Niob, Tantal oder Wolfram aufweisen.Farther has it proven when the pods a second contact layer applied to the first contact layer have, wherein the chemical composition of the first contact layer different is to the second contact layer. For the second contact layer it has proven itself if these are at least one metal from the group vanadium, niobium, Tantalum or tungsten have.

Als Metall-Lot hat sich aufgrund des hohen Schmelzpunktes insbesondere Zirkonium oder eine Zirkoniumlegierung bewährt.When In particular, metal solder has become due to the high melting point Zirconium or a zirconium alloy proven.

Begrenzend für die Betriebstemperatur der Lotverbindung ist neben der bereits oben erläuterten Gefahr einer Kohlenstoffwanderung in das Metall-Lot weiterhin die Bildung von niedrig schmelzenden Eutektika zwischen dem Metall-Lot und dem Material der Hülse. Während die Carbidbildung eine schleichende Verschlechterung der Lotverbindung zur Folge hat, die sich begrenzend auf die Lebensdauer des Infrarot-Strahlers auswirkt, führt ein Überschreiten der Schmelztemperatur des Metall-Lotes bereits innerhalb der ersten Minuten des Betriebes des Infrarot-Strahlers zu einer Auflösung der Lotverbindung und stellt damit seine generelle Funktionsfähigkeit in Frage. So kann beispielsweise eine Betriebstemperatur der Lotverbindung von größer als 1400°C nicht erreicht werden, wenn eine Hülse aus Molybdän in direktem Kontakt zu einem Zirkoniumlot verwendet wird, da Zr – Mo – Verbindungen ein Eutektikum bei ca. 1400°C aufweisen.limiting for the Operating temperature of the solder joint is in addition to the already above explained danger Carbon migration into the metal solder continues the formation of low melting eutectics between the metal solder and the Material of the sleeve. While the carbide formation a gradual deterioration of the solder joint As a result, limiting the life of the infrared emitter affects a crossing of the Melting temperature of the metal solder already within the first Minutes of operation of the infrared emitter to a resolution of Lotverbindung and thus represents its general functionality in question. For example, an operating temperature of the solder joint from bigger than 1400 ° C not reached if a sleeve made of molybdenum is used in direct contact with a zirconium solder since Zr - Mo compounds a eutectic at about 1400 ° C exhibit.

Für die Hülsen hat es sich insbesondere bewährt, wenn diese aus Tantal gebildet sind. Eine Lotverbindung mit einer Hülse aus Tantal in direktem Kontakt zu einem Zirkoniumlot kann bei Betriebstemperaturen unterhalb 1650°C problemlos betrieben werden. Eine Lotverbindung mit einer Hülse aus Wolfram in direktem Kontakt zu einem Zirkoniumlot kann dagegen bei Betriebstemperaturen unterhalb 1550°C problemlos betrieben werden. Auch aufgrund des hohen spezifischen Gewichtes und der ungünstigeren Verarbeitungseigenschaften von Wolfram wird das Tantal diesem vorgezogen.For the sleeves, it has proven particularly useful if they are made of tantalum. A solder joint with a sleeve of tantalum in direct contact with a zirconium solder can in Betriebstem temperatures below 1650 ° C are easily operated. On the other hand, a solder joint with a tungsten sleeve in direct contact with a zirconium solder can be operated without problem at operating temperatures below 1550 ° C. Also due to the high specific gravity and the unfavorable processing properties of tungsten tantalum is preferred to this.

Für die Hülsen hat es sich weiterhin bewährt, wenn diese aus Molybdän gebildet sind und auf ihrer dem Carbonband zugewandten Oberfläche mit einer ersten Kontaktschicht aus Tantal oder Wolfram belegt sind. Dabei haben sich insbesondere Schichtdicken für die erste Kontaktschicht bewährt, die mindestens 0,1 mm betragen.For the pods has it continues to be proven, though these made of molybdenum are formed and on their carbon band facing surface with a first contact layer of tantalum or tungsten are occupied. In particular, layer thicknesses for the first contact layer have proven, which are at least 0.1 mm.

Das Hüllrohr für den erfindungsgemäßen Infrarot-Strahler ist vorzugsweise aus Kieselglas gebildet. Um die Haltbarkeit des Carbonbandes bei hohen Temperaturen über einen möglichst langen Zeitraum zu gewährleisten, hat es sich bewährt, das Hüllrohr mit einem Füllgas zu füllen. Dabei ist es bevorzugt, wenn der Gasdruck des Füllgases 650 bis 850 mbar (650 bis 850 hPa) beträgt. Insbesondere haben sich als Füllgase dabei die Edelgase bewährt. Bevorzugt ist der Einsatz von Edelgasen mit hohem spezifischem Gewicht, wie beispielsweise Xenon oder Krypton, um die Abdampfung von Kohlenstoff aus dem Carbonband gering zu halten. Dabei kann ein einzelnes oder mehrere Edelgase im Hüllrohr eingesetzt werden.The cladding tube for the Infrared radiator according to the invention is preferably formed of silica glass. To the durability of the Carbon tape at high temperatures over a long period of time too guarantee, has it proven the cladding tube with a filling gas to fill. It is preferred if the gas pressure of the filling gas 650 to 850 mbar (650 up to 850 hPa). In particular, have as filling gases while the noble gases proven. Preferred is the use of noble gases with high specific gravity, such as xenon or krypton, to the evaporation of carbon from the carbon band to keep low. It can be a single or several noble gases in the cladding tube be used.

Für die Hülsen hat es sich insbesondere als günstig erwiesen, wenn diese so große Oberflächen aufweisen, dass sie im Betrieb des Infrarot-Strahlers mittels thermischer Abstrahlung und Konvektion kühlbar sind. Insbesondere bei sehr hohen Betriebstemperaturen des Heizleiters ist es erforderlich, die Temperatur an der Lötstelle so weit abzukühlen, dass es zu keinem Aufschmelzen des Metall-Lots kommt, das eine Auflösung des Kontakts und den Ausfall des Infrarot-Strahlers nach sich ziehen würde.For the pods has it is especially favorable proven when this is so great Have surfaces, in the operation of the infrared radiator by means of thermal radiation and convection cooled are. Especially at very high operating temperatures of the heating conductor it is necessary to cool the temperature at the soldering point so that it does not come to a melting of the metal solder, which is a dissolution of the Contact and failure of the infrared emitter would.

Die 1 bis 4 sollen den erfindungsgemäßen Infrarot-Strahler beispielhaft erläutern. So zeigt:The 1 to 4 intended to exemplify the infrared radiator according to the invention. So shows:

1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlers 1 a simplified representation of an infrared emitter according to the invention

2 einen Längsschnitt durch einen Bereich der Verbindung zwischen Hülse und Carbonband 2 a longitudinal section through an area of the connection between the sleeve and carbon band

3 einen weiteren Längsschnitt durch einen Bereich der Verbindung zwischen Hülse und Carbonband 3 another longitudinal section through a region of the connection between the sleeve and carbon band

4 einen Querschnitt durch den Bereich der Verbindung zwischen Hülse und Carbonband gemäß 3 4 a cross section through the region of the connection between the sleeve and carbon band according to 3

1 zeigt einen Infrarot-Strahler 1 mit einem strahlungsdurchlässigen, gasdichten Hüllrohr 2 aus Kieselglas. Innerhalb des Hüllrohres 2 ist ein Heizleiter 3 aus Carbonband angeordnet, welcher zwei Enden aufweist, die jeweils mit Hülsen 4a, 4b elektrisch und mechanisch fest verbunden sind. Die beiden Enden des Heizleiters 3 weisen hier jeweils eine Beschichtung 5a, 5b aus Edelmetall auf und sind – wie in 2 erkennbar – mittels eines Metall-Lotes 6 mit den Hülsen 4a, 4b verlötet. Die Hülse 4a ist über ein Federelement 7 zum Ausgleich von thermisch bedingten Längenänderungen des Heizleiters 3 im Betrieb elektrisch mit einer Stromdurchführung 8a aus Molybdänfolie verbunden. Die Stromdurchführung 8a ist dabei in einer Quetschung 9a des Hüllrohres 3 gasdicht eingeschmolzen und elektrisch mit einem aus dem Hüllrohr 2 ragenden, elektrischen Anschluss 10a verbunden. Die Hülse 4b ist elektrisch direkt mit einer Stromdurchführung 8b aus Molybdänfolie verbunden. Die Stromdurchführung 8b ist dabei in einer Quetschung 9b des Hüllrohres 3 gasdicht eingeschmolzen und elektrisch mit einem aus dem Hüllrohr 2 ragenden, elektrischen Anschluss 10b verbunden. 1 shows an infrared emitter 1 with a radiation-permeable, gas-tight cladding tube 2 made of silica glass. Inside the cladding tube 2 is a heating conductor 3 made of carbon ribbon, which has two ends, each with sleeves 4a . 4b electrically and mechanically firmly connected. The two ends of the heating conductor 3 here each have a coating 5a . 5b made of precious metal and are - as in 2 recognizable - by means of a metal solder 6 with the sleeves 4a . 4b soldered. The sleeve 4a is via a spring element 7 to compensate for thermally induced changes in length of the heating element 3 in operation electrically with a current feedthrough 8a made of molybdenum foil. The current feedthrough 8a is in a pinch 9a of the cladding tube 3 gas-tight sealed and electrically with one of the cladding tube 2 projecting, electrical connection 10a connected. The sleeve 4b is electrically directly with a current feedthrough 8b made of molybdenum foil. The current feedthrough 8b is in a pinch 9b of the cladding tube 3 gas-tight sealed and electrically with one of the cladding tube 2 projecting, electrical connection 10b connected.

2 zeigt einen möglichen Längsschnitt durch den Bereich der Verbindung zwischen Hülse 4b und Heizleiter 3. Der Heizleiter 3 weist hier eine Beschichtung 5b aus Platin auf und ist mittels eines Metall-Lotes 6 aus Zirkonium mit der Hülse 4b aus Tantal verlötet. 2 shows a possible longitudinal section through the region of the connection between the sleeve 4b and heating conductor 3 , The heating conductor 3 here has a coating 5b made of platinum and is by means of a metal solder 6 made of zirconium with the sleeve 4b soldered from tantalum.

3 zeigt einen weiteren möglichen Längsschnitt durch den Bereich der Verbindung zwischen Hülse 4b und Heizleiter 3. Der Heizleiter 3 weist hier eine Beschichtung 5b aus Ruthenium auf und ist mittels eines Metall-Lotes 6 aus Zirkonium mit der Hülse 4b aus Molybdän verlötet, die eine erste Kontaktschicht 11 aus Tantalblech aufweist. 3 shows another possible longitudinal section through the region of the connection between the sleeve 4b and heating conductor 3 , The heating conductor 3 here has a coating 5b made of ruthenium and is by means of a metal solder 6 made of zirconium with the sleeve 4b soldered from molybdenum, which is a first contact layer 11 made of tantalum sheet.

4 zeigt einen Querschnitt durch den Bereich der Verbindung zwischen Hülse 4b und Heizleiter 3 gemäß 3. Dabei ist die Hülse 4b allseitig geschlossen ausgeführt, aber auch geschlitzte oder seitlich offene Hülsenvarianten können verwendet werden, soweit die Viskosität und die Oberflächenspannung des Metall-Lotes dies beim Aufschmelzen erlaubt. 4 shows a cross section through the region of the connection between the sleeve 4b and heating conductor 3 according to 3 , Here is the sleeve 4b Slotted or laterally open sleeve variants can be used, provided that the viscosity and the surface tension of the metal solder allow this during melting.

Claims (14)

Infrarot-Strahler mit einem strahlungsdurchlässigen, gasdichten Hüllrohr aus elektrisch isolierendem Werkstoff, in welchem ein Heizleiter aus Carbonband angeordnet ist, welcher zwei Enden aufweist, die jeweils mit Hülsen elektrisch und mechanisch verbunden sind, wobei die Hülsen aus Molybdän und/oder Wolfram und/oder Tantal gebildet sind und jeweils über Stromdurchführungen mit aus dem Hüllrohr ragenden, elektrischen Anschlüssen verbunden sind, und wobei die beiden Enden des Heizleiters (3) jeweils durch ein Metall-Lot (6), welches mindestens eines der Metalle Titan, Zirkonium oder Hafnium enthält, mit einer der Hülsen (4a, 4b) verbunden sind, und der Heizleiter (3) an seinen beiden Enden jeweils mit einer Beschichtung (5a, 5b) versehen ist, die Platin und/oder Ruthenium und/oder Rhodium und/oder Palladium und/oder Osmium und/oder Iridium aufweist und die Hülsen (4a, 4b) zumindest auf ihren dem Metall-Lot (6) zugewandten Oberflächen eine erste Kontaktschicht (11) aufweisen, wobei die erste Kontaktschicht (11) mindestens ein Metall der Gruppe Vanadium, Niob oder Tantal aufweist.Infrared radiator with a radiation-permeable, gas-tight cladding tube made of electrically insulating material, in which a heating conductor made of carbon tape is arranged, which has two ends, each with sleeves electrically and mecha The sleeves are made of molybdenum and / or tungsten and / or tantalum and are each connected via current feedthroughs with electrical connections projecting from the cladding tube, and the two ends of the heating conductor ( 3 ) each by a metal solder ( 6 ), which contains at least one of the metals titanium, zirconium or hafnium, with one of the sleeves ( 4a . 4b ), and the heating conductor ( 3 ) at its two ends each with a coating ( 5a . 5b ), which comprises platinum and / or ruthenium and / or rhodium and / or palladium and / or osmium and / or iridium, and the sleeves ( 4a . 4b ) at least on their metal solder ( 6 ) facing surfaces a first contact layer ( 11 ), wherein the first contact layer ( 11 ) has at least one metal of the group vanadium, niobium or tantalum. Infrarot-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5a, 5b) aus Platin, Palladium, Rhodium oder einer Legierung aus mindestens zwei dieser Metalle gebildet ist.Infrared radiator according to claim 1, characterized in that the coating ( 5a . 5b ) is formed from platinum, palladium, rhodium or an alloy of at least two of these metals. Infrarot-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktschicht (11) aus Tantal besteht.Infrared radiator according to claim 1, characterized in that the first contact layer ( 11 ) consists of tantalum. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (4a, 4b) eine auf die erste Kontaktschicht (11) aufgebrachte zweite Kontaktschicht aufweisen, wobei die chemische Zusammensetzung der ersten Kontaktschicht (11) unterschiedlich ist zu der der zweiten Kontaktschicht.Infrared radiator according to one of claims 1 or 3, characterized in that the sleeves ( 4a . 4b ) one on the first contact layer ( 11 ) have applied second contact layer, wherein the chemical composition of the first contact layer ( 11 ) is different from that of the second contact layer. Infrarot-Strahler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktschicht mindestens ein Metall aus der Gruppe Vanadium, Niob, Tantal oder Wolfram aufweist.Infrared radiator according to claim 4, characterized in that the second contact layer comprises at least one metal from the group Vanadium, niobium, tantalum or tungsten. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Lot (6) aus Zirkonium oder einer Zirkonium-Legierung besteht.Infrared radiator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the metal solder ( 6 ) consists of zirconium or a zirconium alloy. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (4a, 4b) aus Tantal gebildet sind.Infrared radiator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sleeves ( 4a . 4b ) are formed of tantalum. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (4a, 4b) aus Molybdän gebildet sind und auf ihrer dem Carbonband (3) zugewandten Oberfläche mit einer ersten Kontaktschicht (11) aus Tantal oder Wolfram belegt sind.Infrared radiator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sleeves ( 4a . 4b ) are made of molybdenum and on their carbon band ( 3 ) facing surface with a first contact layer ( 11 ) are made of tantalum or tungsten. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdurchführungen (8a, 8b) aus Molybdän gebildet sind.Infrared radiator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the current feedthroughs ( 8a . 8b ) are formed of molybdenum. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (2) aus Kieselglas gebildet ist.Infrared radiator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the cladding tube ( 2 ) is formed of silica glass. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (2) mit einem Füllgas gefüllt ist.Infrared radiator according to one of claims 1 to 10, characterized in that the cladding tube ( 2 ) is filled with a filling gas. Infrarot-Strahler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck des Füllgases 650 bis 850 mbar (650 bis 850 hPa) beträgt.Infrared radiator according to claim 11, characterized in that that the gas pressure of the filling gas 650 up to 850 mbar (650 to 850 hPa). Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllgas aus mindestens einem Edelgas gebildet ist.Infrared radiator according to one of claims 11 to 12, characterized in that the filling gas from at least one Noble gas is formed. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (4a, 4b) eine so große äußere Oberfläche aufweisen, dass sie im Betrieb des Infrarot-Strahlers (1) mittels thermischer Abstrahlung und Konvektion kühlbar sind.Infrared radiator according to one of claims 1 to 13, characterized in that the sleeves ( 4a . 4b ) have such a large outer surface that during operation of the infrared radiator ( 1 ) are coolable by thermal radiation and convection.
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